CN110127670A - 一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料 - Google Patents

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陈照峰
张小波
刘河洲
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Abstract

本发明公开了一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料，石墨烯三维结构气凝胶疏水材料是通过制备分散性良好的石墨烯/氧化石墨烯‑水合肼混合有机溶剂，将三聚氰胺泡沫材料浸渍在石墨烯/氧化石墨烯‑水合肼的有机溶剂中，经过充分浸润，加热还原，析出石墨烯、复合在三聚氰胺泡沫上，蚀去泡沫骨架进而制备具备三维结构的石墨烯气凝胶疏水材料。本发明中能得到超疏水的材料，制备加工过程简单，制备原料易得，制备效率高，且制备出的石墨烯三维结构气凝胶疏水材料的疏水性得到大幅度提高。

Description

一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料
技术领域
本发明专利涉及气凝胶领域，具体涉及一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料。
技术背景
石墨烯是一种只有一个原子层厚度的片状二维材料，石墨烯也是目前发现的最薄的二维材料。石墨烯的晶格中包含六个采取sp2杂化的碳原子，晶格结构是与苯环类似的平面正六边形结构。石墨烯的特殊晶格结构赋予了石墨优秀的电学、热学和机械性能。石墨烯的电导率为104S/m，载流子迁移速率高达15000cm2·V·s-1。石墨烯具备良好的导热性能，其导热速率高达5000W·m-1·K-1.石墨烯的具备优秀的机械性能，其强度为130GPa是钢铁的100倍。此外，石墨烯还具有很高的理论比表面积，其理论比表面积高达2630m2·g-1.石墨烯的这些优异性能使其迅速成为世界范围内的研究热点。
石墨烯材料在电子器件，形状记忆复合材料，电磁吸波材料，污水处理等领域的应用都表现出了很好的性能，制备三维结构的石墨烯气凝胶不但可以大大拓展石墨烯材料的应用范围，将其拓展到宏观领域，而且可以大大提高石墨烯材料在上述领域的使用性能，因此，石墨烯三维结构气凝胶具有广阔的应用前景。因此就如何提高石墨烯气凝胶材料的疏水性也是目前急需解决的一个问题。
专利号为CN106928485A的中国专利申请了一种疏水性魔芋胶气凝胶的制备方法，该发明属于气凝胶制备技术领域，涉及一种超弹性石墨烯气凝胶的制备方法，将适量还原剂加到氧化石墨烯分散液里，用聚合物泡沫块吸附氧化石墨烯分散液，并将泡沫块油浴加热使氧化石墨烯还原，再通过冷冻干燥将样品干燥，然后通过高温热处理将聚合物泡沫除掉得到石墨烯气凝胶，通过设计聚合物泡沫的形状来调控最终石墨烯气凝胶的形状，而不用像其他石墨烯气凝胶的制备过程一样，通过改变容器的形状来调控其形状，因此大大降低了石墨烯气凝胶的制备成本，并且可以制备复杂形状的石墨烯气凝胶。
专利号为CN108250728A的中国专利申请了一种聚合物/石墨烯气凝胶复合泡沫材料及其制备方法，一种聚合物/石墨烯气凝胶复合泡沫材料，由石墨烯气凝胶和热塑性聚合物组成，以石墨烯气凝胶为骨架，热塑性聚合物附着在石墨烯气凝胶的三维网络结构上，热塑性聚合物上具有闭孔结构的泡孔，该复合泡沫材料具有相互连通的三维网络结构，该复合泡沫材料中石墨烯气凝胶的含量为0.5％～10％。该发明还提供了该复合泡沫材料的制备方法。该发明为解决石墨烯在聚合物基体材料中出现团聚问题提供一种新思路。
专利号为CN106809822A的中国专利申请了一种超弹性石墨烯气凝胶的制备方法，该发明属于气凝胶制备技术领域，涉及一种超弹性石墨烯气凝胶的制备方法，将适量还原剂加到氧化石墨烯分散液里，用聚合物泡沫块吸附氧化石墨烯分散液，并将泡沫块油浴加热使氧化石墨烯还原，再通过冷冻干燥将样品干燥，然后通过高温热处理将聚合物泡沫除掉得到石墨烯气凝胶，通过设计聚合物泡沫的形状来调控最终石墨烯气凝胶的形状，而不用像其他石墨烯气凝胶的制备过程一样，通过改变容器的形状来调控其形状，因此大大降低了石墨烯气凝胶的制备成本，并且可以制备复杂形状的石墨烯气凝胶，该方法制备工艺简单，设计构思巧妙，制备原料易得，制备效率高，且制备出的石墨烯气凝胶具有优异的电化学性能，应用环境友好，市场前景广阔。
专利号为CN108342187A的中国专利申请了一种形状可控的高导热石墨烯气凝胶复合相变材料及制备方法，该材料原料包括石墨烯气凝胶、石墨烯及有机相变材料。所述形状可控的石墨烯气凝胶由乙二胺和明胶还原氧化石墨制得，按质量比49～99∶1将有机相变材料与石墨烯混合，按质量比9～19∶1将有机相变材料与石墨烯气凝胶混合，通过物理吸附法得到石墨烯气凝胶复合相变材料。本发明制备的石墨烯气凝胶复合相变材料最大的特点是可根据不同磨具制备形状多样的石墨烯气凝胶，且该气凝胶具有高导热、低过冷、制备方便、力学性能好等优势。
如上述几个专利，均公开了本领域相关的技术产品，但如何提高石墨烯三维结构气凝胶材料的疏水性的问题是本领域急需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料。
为了解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料，其特征在于所述的石墨烯三维结构气凝胶疏水材料是通过制备分散性良好的石墨烯/氧化石墨烯-水合肼混合有机溶剂，将三聚氰胺泡沫材料浸渍在石墨烯/氧化石墨烯-水合肼的有机溶剂中，经过充分浸润，加热还原，析出石墨烯、复合在三聚氰胺泡沫上，蚀去泡沫骨架进而制备具备三维结构的石墨烯气凝胶疏水材料。
进一步的，所述的石墨烯/氧化石墨烯-水合肼混合有机溶剂，采用超声法充分搅拌分散。
进一步的，所述的三聚氰胺泡沫浸润过程，将三聚氰胺泡沫在混合溶液中反复挤压10～20次，然后将烧杯置于真空烘箱中室温抽真空15～30min，除去三聚氰胺泡沫中的气泡，充分浸润石墨烯/氧化石墨烯溶液。
进一步的，所述的加热还原过程，是将浸润到混合溶液中的三聚氰胺泡沫放入真空烘箱中进行5～10h的加热还原处理，加热保温温度为80℃～100℃。
本发明所具有的优点：(1)该材料具有优异的疏水性。(2)具有制备工艺简单，生产效率高。(3)具备导电性，扩大疏水材料的应用范围。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例
一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料，其特征在于所述的石墨烯三维结构气凝胶疏水材料是通过制备分散性良好的石墨烯/氧化石墨烯-水合肼混合有机溶剂，将三聚氰胺泡沫材料浸渍在石墨烯/氧化石墨烯-水合肼的有机溶剂中，经过充分浸润，加热还原，析出石墨烯、复合在三聚氰胺泡沫上，蚀去泡沫骨架进而制备具备三维结构的石墨烯气凝胶疏水材料。
进一步的，所述的石墨烯/氧化石墨烯-水合肼混合有机溶剂，采用超声法充分搅拌分散。
进一步的，所述的三聚氰胺泡沫浸润过程，将三聚氰胺泡沫在混合溶液中反复挤压15次，然后将烧杯置于真空烘箱中室温抽真空15min，除去三聚氰胺泡沫中的气泡，充分浸润石墨烯/氧化石墨烯溶液。
进一步的，所述的加热还原过程，是将浸润到混合溶液中的三聚氰胺泡沫放入真空烘箱中进行5～10h的加热还原处理，加热保温温度为90℃。
上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料，其特征在于所述的石墨烯三维结构气凝胶疏水材料是通过制备分散性良好的石墨烯/氧化石墨烯-水合肼混合有机溶剂，将三聚氰胺泡沫材料浸渍在石墨烯/氧化石墨烯-水合肼的有机溶剂中，经过充分浸润，加热还原，析出石墨烯、复合在三聚氰胺泡沫上，蚀去泡沫骨架进而制备具备三维结构的石墨烯气凝胶疏水材料。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料，其特征在于所述的石墨烯/氧化石墨烯-水合肼混合有机溶剂，采用超声法充分搅拌分散。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料，其特征在于所述的三聚氰胺泡沫浸润过程，将三聚氰胺泡沫在混合溶液中反复挤压10～20次，然后将烧杯置于真空烘箱中室温抽真空15～30min，除去三聚氰胺泡沫中的气泡，充分浸润石墨烯/氧化石墨烯溶液。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯三维结构气凝胶疏水材料，其特征在于所述的加热还原过程，是将浸润到混合溶液中的三聚氰胺泡沫放入真空烘箱中进行5～10h的加热还原处理，加热保温温度为80℃～100℃。
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